[發明專利]一種催化異丁烷與C4烯烴反應制備烷基化汽油的方法

有效

• 申請號: 201410141365.6
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103923695A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 劉仕偉;李露;于世濤;解從霞;劉福勝;陳傳剛
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C10G50/00
• 分類號: C10G50/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種催化異丁烷與C₄烯烴反應制備烷基化汽油的方法，即涉及一種雙酸性離子液體催化異丁烷與C₄烯烴烷基化反應制備烷基化汽油的新方法。

背景技術

異丁烷與丁烯的烷基化反應是石油煉制工業重要過程之一，所得產物主要為異構C₈烷烴(三甲基戊烷TMP和二甲基己烷DMH)，稱為烷基化汽油，是一種最為理想的清潔汽油。它與目前采用催化裂化技術制備的汽油相比不含芳烴和烯烴，幾乎不含硫，具有較高的辛烷值和較低的蒸汽壓RVP等優點。烷基化汽油兩種辛烷值(研究法、馬達法)之差不大于3個單位，可以把更多的高敏感性、低辛烷值的汽油組分加入成品汽油中，從而提高產品經濟效益。其次烷基化汽油的RVP低，可使更多的廉價的高辛烷值組分(如丁烷)加入汽油調合組分中，也可達到提高經濟效益的目的。另外，烷基化汽油的社會效益也十分明顯。因此，烷基化法生產汽油成為應對國內煉油行業面臨的加工原油劣質化、產品質量不斷升級、生產過程清潔化的重要手段。

自1938年起，以濃硫酸或氫氟酸為催化劑的烷基化汽油制備工藝就已工業化并沿用至今，這些液體酸催化劑的優點顯著，但缺點更是顯而易見的，如催化劑一次性消耗不能重復使用、廢酸排放量大、設備腐蝕和環境污染嚴重等。以上缺點給烷基化汽油的工業生產帶來了許多困難，屬于環境非友好生產工藝。針對傳統液體酸催化劑存在的這些些缺點，國內外研究者使用固體超強酸、沸石分子篩、MoO₃/ZrO₂納米粒子等固體酸催化劑代替液體酸制備烷基化汽油。這些催化劑在一定程度上克服了傳統酸催化劑存在的缺陷，并減少了設備腐蝕和環境污染，然而由于固體酸催化劑自身的缺陷，一定程度上限制了它們的工業應用。因此，研究開發新一代烷基化催化劑已成為一個重要和急待解決的課題。

離子液體(ionic?liquids)具有蒸氣壓低、熱穩定性高、性質可調控、溶解性好及結構可設計等優點。作為一類“需求特定”(task-specific)的綠色催化劑，被用于許多化學反應過程中，在提高轉化率、選擇性和催化劑循環使用等方面獲得了理想的效果。研究表明離子液體應用于催化制備烷基化汽油在催化活性、選擇性和重復使用性等方面均顯示出明顯的優勢。然而，目前所使用的離子液體催化劑仍存在以下尚未解決的問題。首先，氯鋁酸離子液體對水汽比較敏感，極易水解釋放HCl并造成催化劑不可逆失活；其次，酸種類(酸和Lewis酸)、酸強度對異丁烷與丁烯烷基化反應有顯著的影響，而單一酸型離子液體的酸性不易調控，難以通過調控離子液體的酸性質制備出適合于該反應的離子液體催化劑。

異丁烷與丁烯的烷基化反應的選擇性強烈依賴于催化劑的酸類型、酸強度，所需催化劑最好具有高酸強度、高酸性位密度和共軛的和Lewis雙酸型。同單一酸型的催化劑相比，由和Lewis酸性化合物構成的二元混合催化體系或具有和Lewis共軛雙酸型催化劑，由于兩種酸性位間的協同效應可顯著增強催化劑的質子轉移能力及催化活性，有利于底物按照烷基化機理進行反應，這是由于酸性位可直接提供反應所需的質子，有利于丁烯向叔丁基正碳離子的轉變及異構正碳離子的穩定，而Lewis酸性位則有利于烷基化產物的形成。雙酸型離子液體能夠很好地滿足上述要求，該類離子液體所獨具的酸性可調變及和Lewis酸性位間的協同效應可顯著提高催化活性，催化效果顯著。我們有理由相信雙酸型離子液體催化制備烷基化汽油的新方法，能夠實現烷基化過程的反應-分離一體化及催化劑的分離、回收和循環使用，解決烷基化汽油生產中目前存在的傳統催化劑存在的耗酸量大、設備腐蝕和環境污染嚴重及催化劑不易循環使用等問題。

發明內容

本發明的目的是取代傳統的催化劑，提供一種催化性能優良的環境友好的催化劑催化異丁烷與C₄烯烴反應制備烷基化汽油，實現烷基化汽油生產過程的清潔化以及催化劑的回收重復利用。

本發明涉及一種催化異丁烷與C₄烯烴反應制備烷基化汽油的新方法，其特征在于采用烷基磺酸功能化的酸性季銨鹽陽離子與Lewis酸性的無機陰離子構成的雙酸性離子液體為催化劑，在異丁烷與C₄烯烴的物質的量之比10∶1～30∶1，異丁烷和C₄烯烴的混合液與離子液體質量之比3∶1～10∶1，反應溫度15～100℃、反應時間0.5～6h的條件下，制備烷基化汽油，并回收重復利用離子液體。